一种非电学量测定系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种非电学量测定系统及方法，用于测定非电学量；本发明专利技术所述的系统及方法采用高阶非线性特征方程描述被检测非电学量与频率信号值和温度信号值之间的关系，同时，所述高阶非线性方程的系数使用高阶非线性拟合算法，通过大量的数据拟合算出，保证了检测的精度，避免了由于采用分段线性的方法而导致的检测精度不高的情况。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及非电学量测定领域，更准确的说是涉及一种非电学量测定系统及方 法。
技术介绍
电容传感器被广泛应用，但是电容传感器具有非线性的特性，而且其非线性特性 随温度的变化而变化。为了保证电容传感器的检测精度，现有技术中，在常温下应用分段线性的方法得 出输入信号与输出信号之间的折线关系。即为将输入信号分成若干段，在每一段上都可以 认为输入信号与输出信号之间是线性关系，对于这些量而言，在整个量程范围内是非线性 的，但是就输入的某一局部范围之内，其输出信号和输入信号可以近似的认为是线性关系。 分段数量越多，检测精度越高。但是在实际应用中，因为增加分段的数量会增加成本，所以分段的数量不宜太多， 因而使用分段线性方法的精度不能很高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了，不用进行分段操作，能够 降低成本且检测精度较高。本专利技术提供了一种非电学量测定系统，包括采集非电学量并转换为电容信号值的电容传感器；连接所述电容传感器、将所述电容信号值转换为频率信号值的频率转换模块；采集温度信号值的温度采集模块；连接所述频率转换模块和温度采集模块的微控制单元MCU模块，该MCU模块依据 预设的高阶非线性特征方程处理所述频率信号值和所述温度信号值，得到所述非电学量的值。优选的，所述预设的高阶非线性特征方程为Y = F4* (A1*T4+A2*T3+A3*T2+A4*T+A5) +F3* (B 1*T4+B2*T3+B3*T2+B4*T+B5) +F2* (C 1*T4+C2*T3+C3*T2+C4*T+C5) +F* (D1*T4+D2*T3+D3*T2+D4*T+D5) +(E1*T4+E2*T3+E3*T2+E4*T+E5)，其中，Y为所述非电学量的计算值，F为所述频率信号值，T为所述温度信号值， Al A5、Bl B5、Cl C5、Dl D5和El E5为所述高阶非线性特征方程的系数。优选的，所述频率转换模块为RC振荡电路。优选的，本专利技术提供的系统还包括数字接口模块，所述非电学量的计算值通过数 字接口模块输出。优选的，所述数字接口模块为串行外围设备接口 SPI模块。本专利技术还提供了一种非电学量测定方法，包括采集多个已知非电学量、多个温度信号值和多个由所述已知非电学量经电容信号 转换而来的频率信号值；将所述已知非电学量、温度信号值和频率信号值输入所述非电学量与频率信号 值、温度信号值之间的含有待定系数的高阶非线性特征方程并利用高阶非线性拟合算法计 算出高阶非线性特征方程的待定系数；采集未知非电学量并将所述非电学量转换为电容信号值，再将所述电容信号值转 换为频率信号值，采集温度信号值；将所述温度信号值和频率信号值代入已确定系数的所述高阶非线性特征方程并 计算出所述未知非电学量的值。优选的，所述高阶非线性特征方程为Y = F4* (A1*T4+A2*T3+A3*T2+A4*T+A5) +F3 氺(B1*T4+B2*T3+B3*T2+B4*T+B5) +F2* (C1*T4+C2*T3+C3*T2+C4*T+C5) +F 氺(Dl 氺 T4+D2 氺 T3+D3 氺 T2+D4 氺 T+D5) + (E1*T4+E2*T3+E3*T2+E4*T+E5)其中，Y为非电学量的计算值，F为所述频率信号值，T为所述温度信号值，Al A5、Bl B5、Cl C5、Dl D5和El E5为所述高阶非线性特征方程的系数。优选的，所述采集多个已知非电学量、多个温度信号值和多个由所述已知非电学 量经电容信号转换而来的频率信号值为采集不低于10万个已知非电学量、不低于10万个 温度信号值和不低于10万个由所述已知非电学量经电容信号转换而来的频率信号值。优选的，所述采集多个温度信号值的过程包括按照预设规律改变环境温度，分别采集不同环境温度下的温度信号值。优选的，所述多个已知非电学量在数值上均勻分布；所述多个温度信号值在被采 集的时间上均勻分布。优选的，所述多个已知非电学量为整数；所述多个温度信号值为整数。本专利技术提供的能够将非电学量变换为频率信号值， 并采集温度信号值，将所述频率量和温度输入已经确定系数的所述高阶非线性特征方程， 计算出所检测的非电学量。由于本专利技术采用的是高阶非线性特征方程，不用进行分段计算， 能够降低成本。并且，由于高阶非线性特征方程的系数根据大量的数据用高阶非线性拟合 算法计算得出，所以精度较高。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例一的一种非电学量测定系统；图2为本专利技术实施例一的高阶非线性特征方程系数的确定方法；图3为本专利技术实施例二的一种非电学量测定系统；图4为本专利技术实施例三的一种非电学量测定系统；图5为本专利技术实施例四的一种非电学量测定方法。具体实施例方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本专利技术保护的范围。为方便理解，现对某些词汇进行解释性说明高阶非线性拟合算法先假设某一含有待定系数的高阶非线性特征方程符合所 述特征方程中各参量之间的特征曲线或者曲面，然后采集大量已知的各参数数据，利用 matlab拟合计算出所述特征方程的待定系数的数值，从而确定各参数的特征方程。在所述 高阶非线性拟合算法中，采集的数据越多，采集的数据分布越均勻，则确定的特征方程所描 述的特征曲线或曲面越接近各参量之间真正的特征曲线或者曲面。MCU 是英文Micro Control Unit的缩写，中文意思是微控制单元。SPI 是英文Serial Peripheral Interface的缩写，中文意思是串行外围设备接□。参照图1，为本专利技术实施例一的一种非电学量测定系统。如图1所示，本实施例所述的一种非电学量测定系统包括电容传感器模块101、 频率转换模块102、温度采集模块103、MCU模块104 ；所述电容传感器模块101采集非电学量，并转换为电容信号值输出给频率转换模 块102，所述频率转换模块102将所述电容信号值转换为频率信号值并输出给所述MCU模 块104，所述温度采集模块103采集温度信号值，并将得到的温度信号值输出给所述MCU模 块104，所述MCU模块104将所述频率信号值、温度信号值带入所述非电学量与所述频率信 号值、温度信号值之间的高阶非线性特征方程Y = F4* (A1*T4+A2*T3+A3*T2+A4*T+A5) +F3* (B1*T4+B2*T3+B3*T2+B4*T+B5) +F2* (C1*T4+C2*T3+C3*T2+C4*T+C5) +F 氺(Dl 氺 T4+D2 氺 T3+D3 氺 T2+D4 氺 T+D5) +(E1*T4+E2*T3+E3*T2+E4*T+E5)，并计算得出所述非电学量的数值3其中，Y为所述非电学量的计算值，F为所述频率信号值，T为所述温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非电学量测定系统，其特征在于，包括：采集非电学量并转换为电容信号值的电容传感器；连接所述电容传感器、将所述电容信号值转换为频率信号值的频率转换模块；采集温度信号值的温度采集模块；连接所述频率转换模块和温度采集模块的微控制单元ＭＣＵ模块，该ＭＣＵ模块依据预设的高阶非线性特征方程处理所述频率信号值和所述温度信号值，得到所述非电学量的值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：常先明，徐昭敏，陈小枫，耿东汉，
申请(专利权)人：北京华控技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]